Развитие методов и создание оборудования для синтеза и диагностики полупроводниковых наногетероструктурПчеляков О.П.Новосиб

Начало развитию технологии молекулярно-лучевой эптаксии в ИФП СО РАН положили два человека, роль которых невозможно переоценить: это академик А.В. Ржанов (1920 – 2000г.г.), - первый директор ИФП СО РАН, и профессор С.И. Стенин (1940 – 1990г.г.) - основатель Российской школы физики и технологии МЛЭ. Первые установки МЛЭ были изготовлены в ИФП СО РАН в 1979 году. Несмотря на десятилетнее отставание от ведущих индустриальных стран, концентрация интеллектуальных, финансовых и производственных ресурсов, сотрудничество с Ижевским НИИ Электронного вакуумного машиностроения, КТИ ПМ, ИЯФ СО РАН и Опытным заводом СО РАН позволила создать сопоставимую по параметрам многокамерную систему МЛЭ уже в 1992 году. В ней были воплощены оригинальные конструктивные принципы построения технологических машин МЛЭ и оптимизирован набор аналитических методик контроля процессов роста. Общая конфигурация установки включала в себя модуль подготовки и контроля качества подложки, модуль синтеза полупроводниковых гетероструктур, а также модуль для напыления металлических и диэлектрических пленок. Во всех модулях используются автоматизированные системы контроля и управления технологическими процессами. В настоящее время создаются технологические установки для получения наногетероструктур в университетских нанотехнологических центрах, в условиях полёта орбитальных космических аппаратов («ОКА-Т», «МАКС») и на международной космической станции.

Оборудование для молекулярной эпитаксии в ИФП СО РАН
Катунь Si-Ge-GaAs
Катунь A3-B5
Ангара-1984
Катунь Si-Ge
МАВР-1979
1999
1991
1989

Из наиболее важного аналитического оборудования, разработанного и произведенного в ИФП СО РАН, можно выделить следующее:
Система дифракции быстрых электронов на отражение (ДБЭО), позволяющая контролировать структуру и кристаллическое совершенство растущих слоев, а также оценивать скорости роста и состав отдельных слоев.
Эллипсометр для измерения толщин и оптических свойств эпитаксиальных структур, контроля состава и шероховатости пленок, а также температуру подложки непосредственно в процессе роста.
Поляризационный пирометр оригинальной конструкции для бесконтактного контроля температуры ростового процесса.
В течение (1987 – 2009) годов в ИФП СО РАН было изготовлено 39 систем МЛЭ различной конфигурации, в том числе 89 сверхвысоковакуумных камер, более 100 дифрактометров и лазерных эллипсометров.
На изготовленных в институте установках МЛЭ «Катунь», выращиваются гетероструктуры полупроводниковых соединений А3В5, а также А4В4 и А2В6 для создания диодов Ганна миллиметрового диапазона (28 Ггц), монолитных интегральных схем, матричных инфракрасных фотоприемников на квантовых ямах GaAs – AlGaAs, GaAs – InGaAs – GaAs, для мощных СВЧ-транзисторов (диапазон 2–18 Ггц), лазеров с вертикальным резонатором, кремниевых полевых транзисторов с Ge нанокластерами в канале, фотоприемников ИК-диапазона на базе HgCdTe и GeSi/Si, для фотопреобразователей и для многих других полупроводниковых приборов.

24.02.09
ИФП СО РАН
Автоматизированная
компактная
сверхвысоковакуумная
установка нового поколения для молекулярно-лучевой эпитаксии полупроводниковых
многослойных гетеросистем и наноструктур «Катунь 100»
Установка в зависимости от направлений её использования может состоять из нескольких специализированных вакуумных камер: камеры загрузки-выгрузки пластин-подложек с кассетной загрузкой (2 кассеты по 7 пластин диаметром 102 мм); камеры эпитаксиального роста элементарных полупроводников и их твёрдых растворов (Si,Ge), металлических, диэлектрических слоев снабжаются электронно-лучевыми испарителями, газовыми и плазменными источниками молекулярных пучков; камеры для выращивания полупроводниковых соединений А3В5, A3N и А2В6 могут содержать до 12 молекулярных источников, в том числе вентильного типа для сурьмы, фосфора и мышьяка.

24.02.09
ИФП СО РАН
Двухкамерный вариант установки «Катунь 100» для выращивания наногетероструктур

24.02.09
ИФП СО РАН
Двухкамерный вариант установки «Катунь 100» для выращивания наногетероструктур на основе соединений А3В5, элементарных полупроводников и их твёрдых растворов

Размещение установок «Ангара» и «Катунь»
1982-2009 г.г.
4 – камерные – 2 шт. * 8 камер
3 – камерные – 17 шт. * 51 камера
2 – камерные – 6 шт. * 12 камер
1 – камерные – 14 шт. * 14 камер
ИТОГО 39 установок 85 камер

ПРИГЛАШЁННЫЕ ДОКЛАДЫ в 2008 году
О.П. Пчеляков. Разработка научных основ молекулярно-лучевой эпитаксии полупроводниковых наноструктур, технологии и аппаратуры для ее реализации в условиях космического пространства. Совещание в Государственной Думе Российской Федерации по инициативе Парламентского центра «Комплексная безопасность отечества», «Выбор основных направлений развития аэрокосмической отрасли. Перспективные направления развития авиационно-космических нанотехнологий" Государственная Дума 15 февраля 2008.
О.П. Пчеляков. Проблемы производства наногетероструктур в условиях орбитального полета. Совещание "Проблемы реализации экспериментов по МЛЭ на космическом аппарате "ОКА-Т" Новосибирск, Академгородок, Институт физики полупроводников СО РАН. 19 марта 2008.
O.P. Pchelyakov. Molecular Beam Epitaxy of ordered Ge-Si Nanostructures for Applications in Photovoltaic. 3rd Joint China-Russia Workshop on Advanced Semiconductor Materials and Devices, Bejing, China. 26-30 April 2008.
О.П. Пчеляков. Технологические, экономические и экологические аспекты производства наногетероструктур в условиях орбитального полета. Российский национальный форум «Промышленные технологии для России» Ассоциация ФПГ России, Экспоцентр «Крокус» г. Москва 21 мая 2008.
О.П. Пчеляков. Перспективы производства наногетероструктур в условиях орбитального полета. Международный семинар «Организация наноструктурных исследований в Казахстане и развитие нанотехнологий в рамках международных проектов» Астана, Казахстан, 9 июля 2008 г.
О.П. Пчеляков, А.И. Никифоров, Л.В.Соколов. Программа реализации экспериментов на космической установке МЛЭ в сверхглубоком вакууме на обслуживаемом в инфраструктуре МКС автоматическом КА «ОКА-Т». Семинар «Концепции развития космических средств технологического назначения». ЦНИИмаш, г. Королёв октябрь 2008.
О.П. Пчеляков, Ю.Б. Болховитянов, Соединения III-V-на-Si: современное состояние исследований и разработок. Международное совещание. «Перспективы полупроводникового материаловедения» Москва. 2008.
О.П. Пчеляков. Применение наногетероструктур Ge-Si в фотовольтаике. Международный семинар «Перспективные направления развития нанотехнологий в рамках специальной экономической зоны «Парк информационных технологий» Физико-технический институт, СЭЗ ПИТ, Алматы. Казахстан. 10 июля 2009 г.
O.P. Pchelyakov. MBE of Ge-Si Nanostructures for Photovoltaic Indo-Russian Seminar on "Problems of nanoscience and technology" National Physical Laboratory, New Delhi, India 11 – 15 November 2008.